煤气化方法总结煤气化方法种类繁多,人们曾将它们分别归类,但由于出发点不同,因而存在一些不同的分类方法。
例如从原料形态分类则可分成固体燃料气化、液体燃料气化、气态燃料气化和固液混合燃料气化。
以入炉煤粒度大小分类则可分成块煤气化(6~100mm)、小粒煤气化(0.5~6mm)、粉煤气化(﹤0.1mm)、油煤浆气化和水煤浆气化。
以气化压力分类则可分为常压或低压(﹤0.35MPa)、中压(0.7~3.5 MPa)及高压气化(﹥7.0 MPa)。
按气化介质分则有空气气化、空气蒸汽气化、氧蒸汽气化及加氢气化。
以排渣方式分则有:干式/湿式、固态/液态、连续/间歇排渣等气化法。
按供热方式则分成外热式、内热式和热载体三类。
按入炉煤在炉中过程动态分则有固定床(或称移动床)、沸腾床(或称流化床)、气流床及熔渣池气化四种,这也是目前广为使用的煤气化分类法。
现将各种气化方法作一简介。
一、固定床气化法一.固定床气化法(Fixed-bed Coal Gasificatian Process)1.GI(Gas Integrale)法常压下以空气及蒸汽气化块状高挥发份烟煤以间歇制取中热值煤气,意大利曾使用过。
2.IFE(国家炉具公司)法常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取低热值燃料气,系两段炉,英国开发。
3.IGI两段法常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取中热值煤气,意大利于上世纪40年代开发。
4.Leuna(路易那)溶渣法常压下以蒸汽与氧气化焦炭制取中热值煤气,德国Leuna厂开发。
5.Lurgi(鲁奇)干灰法2.5~3.2MPa下用蒸汽与氧使3~50mm次烟煤或褐煤气化。
1936年由德国Lurgi公司工业化。
我国云南解放军化肥厂有11台捷克制的Lurgi Ⅰ型气化炉,炉径2.7m,在2.0MPa下将褐煤用纯氧加压气化。
山西天脊煤化工集团则有Lurgi Ⅳ型炉在3.0MPa下气化块煤,炉径3.8m,共4台,用于生产合成氨后加工成硝酸磷肥。
太原化工公司亦有一台用于制氨,气化压力2.5MPa,炉径2.8m。
南非Sasol厂共有89台,年处理煤3300万吨用于生产合成油。
6.Marischka法常压下用空气与蒸汽气化焦炭或无烟煤制低热值煤气,欧洲曾使用过。
7.Pintsch Hillebrand(平奇-希勒布兰德)法加压下用蒸汽及煤气气化褐煤制中热值合成气,炉上部为干馏区,下部为水煤气制造区。
炉径达4.5m,曾在德国使用多年。
8.Power Gas(英国动力煤气公司)法常压下用空气和蒸汽气化烟煤制取低热值煤气,曾在英国某地使用多年。
9.Riler-Morgan(美国赖利加煤气公司)法常压下用蒸汽与空气(或氧)气化20~32mm块状无烟煤或烟煤制取燃料气,二次大战前国外曾有9000台在运转,现早已淘汰。
10.Simplex法加压下用氧及蒸汽使≦10mm块煤或将粉煤、二炭加入石灰及纸浆废液压型后气化制取中热值煤气,此法为美国舒尔茨动力经济公司在哥伦比亚大学协助下开发的。
11.Thyssen-Galoczy(赛森-加洛齐)法在常压下用氧和蒸汽气化焦炭或煤制取中热值煤气。
工业炉炉径3m,产气量8500m3/h,熔融排渣,分三级加入气化剂,炉体中间、上部均设有补充氧的喷嘴。
该法由Thyssen-Galoczy 公司开发。
12.UGI法常压下用空气和蒸汽气化焦炭制取中热值合成气,由美国UGI公司开发。
国内于1954年起用于制氨工业,1956年扩大到无烟煤,我国中小型氮肥厂有大小UGI炉数千台。
后来又进一步扩大到无烟粉煤气化,将粉煤添加不同粘结剂压制成煤球或煤棒,也有将烟煤或褐煤先经干馏再气化来制取合成气。
13.Wellman Galusna(韦尔曼)法是美国麦克道尔·韦尔曼公司开发,于1896年实现工业化,在低压下用空气(或氧)与蒸汽使无烟煤、焦、褐煤等气化制取低热值燃料气,属一段干灰炉。
上世纪20年全世界共有291台,70年代末仅剩下56台,其中35台在美国,50年代中期台湾曾建有4台。
14.Wellman(韦尔曼)炽热炉亦为美国韦尔曼公司在19世纪末开发的常压单段及两段干灰炉,单段炉曾用于欧洲及南非,两段炉用于欧美,南非自1963年以后建有30余台,美国于1978年建有2台Φ3m炉用于空气及蒸汽气化煤制取燃料气。
15.Wilputta(威尔普特)法美国Wilputta公司开发的一段干灰炉,在常压下用空气(或氧)与蒸汽气化烟煤制取低热值或中热值燃料气,用旋转臂防止炉渣粘结。
仅用于美国霍尔斯顿兵工厂,二次大战时曾建有12台,后只使用2台。
16.WD/GI法由美国伍德尔·达克哈姆公司与意大利米兰煤气公司共同开发,于1946年工业化,实际上是IGI两段法的改进,有空气蒸汽循环操作和氧蒸汽循环操作两种方式,在常压下用次烟煤、烟煤及褐煤制取煤气,为两段干灰炉。
选用空气蒸汽循环的有欧洲、澳大利亚及南非百余台,而选用氧蒸汽循环的在欧洲有15台。
上述16种方法均已工业化。
17.BG/Lurgi熔渣法由英国煤气公司开发,1955年中试,1960年经2.0MPa加压气化中试。
1974年英美合作在苏格兰Westfield建成Φ2.8m,煤处理量550~730t/d的示范装置。
3~50mm块状烟煤在2.5MPa及≦1700℃下用氧和蒸汽气化,碳转化率﹥99%,冷煤气效率88.3%,吨煤氧耗0.579t,汽耗0.407t,累计操作5000h。
18.窑气(Kiln Gas)法美国阿丽斯·卡玛公司开发,在0.5~0.9MPa压力,1090℃温度下用空气与蒸汽气化制取低热值煤气,示范装置建在伊利诺伊州电力公司伍德河发电厂,日处理煤600t,产气量73200m3/h,CO+H2为38.9%,冷煤气效率68%。
19.Ruhr(鲁尔)100法由德国鲁尔煤气、鲁尔煤及斯梯各三家公司联合开发,在≦10MPa下用氧及蒸汽气化2~40mm块状无烟煤,示范装置建在道尔斯顿(Dorston)。
1979年9月起已处理16450t煤,26次运行共操作4500h。
炉径Φ1.5m,投煤量108~240t/d,可用于城市煤气或代用天然气生产。
20.Stole法美国福斯特·惠勒能源公司开发,在常压下用空气及蒸汽气化次烟煤制取低热值煤气。
示范装置建在明尼苏达州立大学德卢斯分校,炉径Φ3m,为二段气化炉,投煤量108t/d ,产品气CO+H245%。
上述4种方法已建立示范装置。
21.BASF-Flesch-Demag法德国BASF公司开发,在常压下用氧与蒸汽气化无烟煤制取中热值煤气一般在近常压(1.4kPa)、950℃下用富氧空气(或氧)与蒸汽气化褐煤、弱粘结性煤及长焰煤。
国内景德镇焦化煤气总厂用此法生产燃料气,兰化集团、长山化肥厂、淮南化肥厂用于制氨。
5.Battelle-Carbide (联合碳化物公司巴特尔研究所)法上世纪60年代开发,1976~1978年在美国西杰弗逊市建25t/d中试炉,由上部燃烧炉和下部气化炉组成。
在0.8 MPa压力、930~980℃温度下将干灰与空气和补充的﹤100目煤形成聚灰后循环入气化炉,用预热蒸汽气化制中热值煤气。
6.CO2受体法美国固本煤炭公司开发,将褐煤或次烟煤在1.0 MPa压力及815℃下用蒸汽脱挥发份后气化成代用天然气。
气化炉由CaO吸收CO2或CaCO3放出热量供气化,CaCO3与半焦入再生塔鼓入空气使半焦燃烧,温度升到1050℃后分解成CaO后循环使用。
曾建有Φ1.0m投煤量27t/d中试炉,1977年后停止研究。
7.COGAS法美国FMC公司的子公司COGAS开发公司研究开发,为一多段干馏、单段气化并加一燃烧炉,在常压下用蒸汽气化,三段干馏温度分别为315℃、425℃和540℃,气化炉870℃,燃烧炉1930℃,用空气与蒸汽气化。
曾在英国建有中试装置,炉径Φ2.1m,投煤量45t/d,用于制代用天然气。
8.Esso CAFB法埃索公司开发的化学活化流化床法,1966年在英国进行小试,1975年由美国Foster Wheeler (福斯特?惠勒)公司在圣比尼托市建示范装置,投煤量288t/d。
在常压下用空气蒸汽气化,气化炉870℃,再生炉1040℃,进料煤中添加CaCO3,生产低热值煤气供发电用。
9.Exxon(埃克松)催化法由Exxon公司开发的在3.5MPa及630~700℃下以KOH为催化剂,蒸汽气化褐煤、次烟煤或烟煤,煤粒度﹤8目,低温高压利于甲烷生成,脱酸性气后分离出纯甲烷,而CO2、H2及残CH4混合气循环返回。
在荷兰鹿特丹港建有示范装置,生产管道天然气,投煤量100t/d。
10.Hoffman(霍夫曼)法由霍夫曼?金威尔逊公司开发的常压至7MPa压力700℃下用预热蒸汽气化粉煤,以K2CO3(或Na2CO3)+镍催化剂制甲烷,进行过中试,成本低于鲁奇法,煤耗低,无轻油或焦油生成。
11.Hygas法美国芝加哥煤气工艺研究所开发,1976年建成中试装置,投煤量75t/d,炉径1.7m,用油煤浆在7~10MPa下加氢裂解煤制合成管道气。
40~100目煤粉干燥后配成30%~45%油煤浆。
第一段300~550℃低温干馏,第二段750~800℃加氢裂解,第三段950~1000℃加氢成半焦,第四段半焦在1010℃进行变换反应,蒸汽与氧逆向入炉,氧耗0.253t/t,蒸汽耗1.05t/t,冷煤气效率88.3%,CO+H2含量57%。
1 2.Synthane(合成烷烃)法由匹兹堡能源技术中心(PETC)开发,中试炉在布鲁斯顿,炉径Φ1.5m,投煤量70t/d,在7.0MPa及980℃下气化﹤0.84mm美国西部煤用于制合成管道气。
氧耗0.351t/t,汽耗0.75t/t,碳转化率65%~80%,冷煤气效率79.5%。
1976年7月开始实验。
13.U-GAS(公用煤气)法美国芝加哥煤气工艺研究所开发,1974年建中试装置,炉径Φ1.2m,投煤量15t/d,在常压到0.6MPa,980~1040℃下用氧及蒸汽气化﹤6.4mm西肯塔基9号煤,停留时间45~60min,流化速度0.6~0.9m/s时氧耗3.4t/t,汽耗1t/t,有效组分CO+H2为75.7%,制得中热值煤气。
若用空气蒸汽气化伊利诺伊6号煤,空气量2.8~3.3t/t,汽耗0.4~0.6t/t,有效组分CO+H2为37.1%,制得低热值煤气。
此法为Hygas改进,将一级反应器聚结灰渣改为三级二段加氢气化反应器,干灰排渣。
我国上海焦化公司曾引进该技术,但始终未正常运转。
14.Westinghouse(西屋)法西屋电气公司开发的中压单段流化床气化法,中试装置建在宾州WaltzHill,投煤量15t/d,在1.0~1.5MPa及965~1150℃下用氧及蒸汽气化﹤5mm匹兹堡9号煤,碳转化率90%~99%,氧耗1.04t/t,汽耗1.04t/t,有效组分CO+H2 78.8%,曾打算在宾州Bearerdale建厂生产甲醇及西弗吉尼亚Marion生产燃料供发电用,仅进行了可行性研究。